人類之所以能夠感受到多彩的世界，是因為視網膜中的紅色（長波長，L）、綠色（中波長，M）和藍色（短波長，S）視錐細胞。此外，視桿細胞比視錐細胞具有更高的靈敏度，可以幫助在弱光下成像。為了實現彩色視覺，傳統成像方法常基于硅基光電探測器。

但硅材料的固有特性（例如帶隙不可調）導致其在模擬生物視覺系統方面缺乏競爭力。與晶體硅材料不同，有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料具有優異的光電性能（例如高光吸收系數、高遷移率、低結合能）以及調節物理和化學性能的靈活性，為仿生光電器件的發展提供了巨大的潛力。

據麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士團隊和暨南大學麥文杰教授團隊等合作，共同開發出一種受人類視覺細胞啟發的高分辨率彩色相機。該相機基于RGBW鈣鈦礦基光電探測器，以模擬人眼的L、M、S視錐細胞和視桿細胞，并結合了預先設計的圖案照明和圖像重建技術。

該相機可以在漫反射模式下實現256 × 256像素的高分辨率圖像，遠超最先進的鈣鈦礦基人造眼或其他鈣鈦礦基成像系統。這項工作提出了一種研發仿生相機的新方法，并展示了其模仿生物眼睛功能的巨大潛力。相關研究成果已發表于Light: Science & Applications期刊。

受人類視覺細胞啟發的鈣鈦礦基彩色相機

在這項研究工作中，研究人員以人類視覺細胞為靈感，設計了一組模擬L、M、S視錐細胞的窄帶紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）鈣鈦礦基光電探測器，并采用傅里葉成像算法，開發出一種高分辨率彩色相機。更重要的是，為了進一步賦予其在弱光下的成像能力，研究人員將具有更好光探測性能的寬帶白色（W）鈣鈦礦基光電探測器（模擬視桿細胞）集成到該成像系統中，提高了鈣鈦礦基相機在弱光下的成像分辨率。與傳統的基于CCD/CMOS和鏡頭組合的成像系統相比，基于鈣鈦礦基光電探測器的成像系統制備更加簡單且成本低。

鈣鈦礦基RGBW光電探測器性能

該鈣鈦礦基相機結合了預先設計的圖案照明和圖像重建技術，在漫反射模式下展示了高分辨率的彩色圖像（高達256 × 256像素）。利用窄帶鈣鈦礦基光電探測器的優異性能，該相機可以在~5.4μW/cm2的弱光下實現彩色成像。此外，由于在成像系統中集成了寬帶鈣鈦礦基光電探測器，增強了相機在弱光環境下的成像能力，使其可以在~0.7μW/cm2的弱光下實現物體輪廓成像。

256 × 256像素高分辨率成像演示

漫射光強度為~20μW/cm2時的彩色成像演示

弱光照明下的彩色成像演示

這項工作為彩色相機的發展開辟了新的視野，并為模仿生物眼睛找到了新的途徑。研究人員稱，通過進一步的圖像融合技術和更高性能的光電探測器，未來有望獲得在弱光下超越人眼的高分辨率彩色成像系統。

審核編輯：劉清